ＩＶ族化合物半導体ナノ結晶コロイドの開発とデバイス応用実証

IV族化合物半导体纳米晶胶体研制及器件应用示范

基本信息

批准号：
15J04138
负责人：
管野天
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04138/
关键词：
シリコン量子ドット発光ドーピングコロイドナノ結晶

项目摘要

近年進歩の著しい環境親和型半導体材料であるシリコン量子ドットコロイドについて、単一ドット発光分光測定による基礎物性の解明を行い、その応用展開に向けて多方面から研究を行った。1点目は不純物同時ドープシリコン量子ドットの単一ドット分光測定に世界で初めて成功し、その発光エネルギーと線幅の分布を評価することにより、不純物ドープシリコン量子ドットの発光特性が従来のシリコン量子ドットのものと大きく異なっていることを見出した。特に、低温における発光線幅が従来の量子ドットに比べて非常に大きいことから、発光メカニズムが大きく異なることが考えられる。発光スペクトルから見積もったHuang-Rhys因子は約2から5であり、ダイヤモンド結晶中のNVセンターと同等の値であることから、観測された線幅の広い発光は局在準位にトラップされた励起子からの発光である可能性が高い。2点目はシリコン量子ドットコロイドの高機能化に向けたアプローチとして、有機分子による表面修飾プロセスの開発を行った。官能基をナノ結晶表面に付与することでバイオ材料との複合体を容易に作製できることから、表面修飾はシリコン量子ドットコロイドの医療分野への応用に向けたファーストステップとして非常に重要である。具体的にはヒドロシリル化反応によりアリルアミンとアクリル酸を修飾することで、水分散性シリコン量子ドットコロイドを作製した。また、表面修飾後の発光特性について詳細に研究し、表面修飾による発光の劣化がほとんど無いプロセス条件を見出した。

我们通过单点发射光谱阐明了硅量子点胶体的基本物理性质，并从多个角度对其应用发展进行了研究。硅量子点胶体是近年来取得显着进展的环保半导体材料。第一点是我们在国际上首次成功实现了掺杂硅量子点的单点光谱测量，通过评估其发射能量和线宽分布，我们发现掺杂硅的发射特性量子点与传统的硅量子点相当，我发现它与点有很大不同。特别是，由于低温下的发射线宽度远大于传统量子点的发射线宽度，因此认为发射机制显着不同。从发射光谱估计的Huang-Rhys因子约为2至5，相当于金刚石晶体中的NV中心，因此观察到的宽线发射是由于激发被捕获在局部能级而产生的。光从孩子发出的可能性。其次，我们开发了一种使用有机分子的表面改性工艺，作为改善硅量子点胶体功能的方法。作为硅量子点胶体在医学领域应用的第一步，表面修饰极其重要，因为通过在纳米晶体表面添加官能团可以轻松创建与生物材料的复合物。具体来说，通过氢化硅烷化反应对烯丙胺和丙烯酸进行改性，产生了水分散性硅量子点胶体。我们还对表面改性后的发光性能进行了详细研究，发现几乎不会因表面改性而导致发光性能劣化的工艺条件。

项目成果

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Atom Probe Tomography Analysis of Boron and/or Phosphorus Distribution in Doped Silicon Nanocrystals

DOI：
10.1021/acs.jpcc.6b06197
发表时间：
2016-08
期刊：
Journal of Physical Chemistry C
影响因子：
3.7
作者：
K. Nomoto;H. Sugimoto;A. Breen;A. Ceguerra;T. Kanno;S. Ringer;I. Wurfl;G. Conibeer;M. Fujii
通讯作者：
K. Nomoto;H. Sugimoto;A. Breen;A. Ceguerra;T. Kanno;S. Ringer;I. Wurfl;G. Conibeer;M. Fujii

AllylamineによるP,B同時ドープSiナノ結晶の表面修飾

烯丙胺对 P、B 共掺杂硅纳米晶的表面修饰